機器人在汽車行業(yè)的應用與發(fā)展

一、汽車工業(yè)

在汽車工業(yè)中，機器人最早被用于點焊，將各個沖壓件拼焊成車身。機器人具有很好的重復性和靈活性，使大部分手工焊接工作站實現(xiàn)了自動化。機器人焊接發(fā)展源于手工焊接，因此，它們通常都包括將工件在焊接工作站之間移動的輸送裝置，而每一個焊接工作站則由多個操作焊槍的機器人組成，機器人點焊裝備基于手工焊接包，包括外置的變壓器和笨重的電纜，它們?yōu)楹笜屘峁╇娫础榱颂峁┳銐虼蟮呢撦d，早期的機器人均采用液壓驅動，盡管它們很快就被電動伺服機器人所替代，因為電機驅動具有更好的性能和重復性。隨著電機驅動機器人的負載能力的提升，變壓器和焊槍集成在一起，從而不再需要那么多笨重的電纜。因為電纜磨損不像之前那么快了，所以這些技術的進步提高了機器人焊接的可靠性。

最近，在焊接單元內(nèi)，機器人被用來搬運工件，主要是搬運一些子部件，要么利用固定焊槍形式，要么其他機器人安裝焊槍。這種方案提升了系統(tǒng)的柔性，也擴大了機器人的數(shù)量。這種新方法的驅動力是更短的汽車設計生命周期和同樣的設備生成更多種不同的產(chǎn)品。

焊接裝備的技術和性能也得到了提升。例如，一些工廠采用了伺服驅動焊槍。這種焊槍完全由機器人控制。這種機器的好處是縮短了生產(chǎn)時間，因為焊鉗的打開或關閉操作可以在機器人到達指定位置之前開始，焊鉗開閉的大小也可由特定的焊接工序來控制。類似的操作，如自沖鉚釘和螺柱焊接，在使用機器人后，大部分都實現(xiàn)了自動化焊接。除此之外，工業(yè)界對激光焊接表現(xiàn)出越來越高的興趣。雖然機器人激光焊接成本較高，但是在某些情況下，性能和焊接質(zhì)量更車勝一籌。專門的激光焊接機器人被開發(fā)出來，提供激光焊接的整體解決方案，提升了可靠和性能。

噴涂和車內(nèi)密封是較早在汽車行業(yè)應用機器人的兩個領域。由于噴涂車間的壓機之間輸進工作環(huán)境較差和追求涂裝質(zhì)量一致性，催生了機器人在噴涂行業(yè)的應用。噴涂作手或其他進置業(yè)最開始采用液壓機器人，因為噴涂車間的氣體和顆粒濃度很高，所以不允許使用電機。防爆型噴涂機器人的開發(fā)成功，解決了這個問題，從而快速提升了性能線，只是在沖壓機之間和噴涂機器人使用的便利性。早期的機器人采用示教編程，噴涂工人直接握住機機器在汽車器人手臂，拉動機器人走所需軌跡，大多數(shù)時候是邊噴邊走。機器人能夠記錄該的度和在車身內(nèi)部作軌跡并重復執(zhí)行。這種編程方法的好處是可以實現(xiàn)路徑的快速生成，但是限制了人實現(xiàn)自動化作業(yè)的普力路徑編輯和修改。因此，開發(fā)復雜的機器人程序就會費時費力。離線編程，利用機器人的全自動化個包括機器人、噴涂工具和車身的仿真環(huán)境，成為更受歡迎的編程方法，并且地，在發(fā)動機行之有效，被廣泛使用。

在典型的噴涂車間，許多其他自動化設備也用于噴涂，包括噴槍往復機和靜，機人在現(xiàn)代化的發(fā)電旋杯噴涂等。它們特別適用于在線體移動時，噴涂外表面。除了這些機器外，孔之同輸進工些機器人通常被用于噴涂內(nèi)表面，包括發(fā)動機艙、行李箱和車門等。為了到達這些。汽車零部些區(qū)域，人們開發(fā)了與噴涂機器人協(xié)作的開啟裝置。伺服跟蹤也允許機器人在整個噴涂車間跟隨車身形狀。

如今，機器人汽車噴涂系統(tǒng)能夠實現(xiàn)整體解決方案，對涂料和空氣混合做全作為提千質(zhì)重和生產(chǎn)需閉環(huán)系統(tǒng)。該方案允許在噴涂過程中調(diào)整噴涂參數(shù)，從而獲得最佳效果。除此之大，機在外，顏色變換器也被集成到機器人手臂中，以減少顏色更換過程中的時間和涂料立的，而不是作為要玻少操作浪費。機器人還能夠被安裝更多的噴涂裝備，包括空氣噴涂、靜電空氣噴涂和靜及裝配電噴涂杯等。每一種裝備都有特定的好處，因此，對于某一特定的應用，機器人車輛上有大量的都能與最佳裝備匹配。

車內(nèi)密封原本是一項令人不愉快的工作，使用機器人后，就不是這樣了。剛開始時，噴涂機器人因為便于編程而被使用。然而，標準機器人也可以完成噴涂作業(yè)。機器人用于接縫密封是因為我們需要把密封條準確地放置在車身的接縫位置。這就需要使用標準機器人，以便達到所需要的精度。人們利用視覺系統(tǒng)來確定車身的位置，使得密封系統(tǒng)能夠適應車身的微小變化，在密封位置依然保持足夠高的精度。后來，人們通過使用閉環(huán)流體控制來實現(xiàn)更精確的控制和隨密封要求而改變輸出，進一步提升了應用水平。粘接應用也快速地實現(xiàn)了，同樣也是以粘接質(zhì)量為驅動力。這些應用包括直接安裝汽車玻璃、涂抹粘接劑然后將玻璃安裝到車身上，還包括其他各種粘接應用，比如發(fā)動機罩內(nèi)面板和外面板的裝配等。

車身面板是在沖壓車間生產(chǎn)的。面板也有可能是汽車原始設備制造商(OEM)或者他們的一級供應商生產(chǎn)的。機器人應用于沖壓線已有多年，用于在不同的沖壓機之間輸送面板。這些機器人可以替代手工輸送或者替代專用的“鐵手”或其他輸送裝置。在某些領域中，沖壓線發(fā)展得更加成熟，現(xiàn)有的大型沖壓線自帶搬運設備，利用機器人來進行上下料操作。然而，對于更多的傳統(tǒng)沖壓線，只是在沖壓機之間使用機器人，仍然還有很大的自動化提升空間。

機器人在汽車總裝中的應用要慢于車身車間的應用，這多半是因為所操作工件的難度和在車身內(nèi)部作業(yè)的需要等因素。然而，現(xiàn)在許多應用都具備使用機器人實現(xiàn)自動化作業(yè)的潛力。公司在流程方面(例如，手工作業(yè)、半自動化或使用機器人的全自動化)的決策基于成本因素而非技術障礙。

相似地，在發(fā)動機裝配中一開始就使用的機器人并不多。裝配操作通常都由專門的設備來完成，實現(xiàn)更大的產(chǎn)量和更高的剛性自動化。由于柔性需求的增加，機器人在現(xiàn)代化的發(fā)動機裝配廠正在被大量地使用。除了常見的搬運操作和機床之間輸送工件外，機器人應用還包括裝配和去毛刺。

二、汽車零部件

汽車零部件行業(yè)緊跟汽車工業(yè)，使用了大量的機器人。它們使用機器人技術作為提升質(zhì)量和生產(chǎn)柔性的手段，以滿足用戶的需求。由于所生產(chǎn)的工件差別很大，機器人在不同行業(yè)的應用也千差萬別。在大多數(shù)情況下，機器人工作站是獨立的，而不是作為另一個更大自動化系統(tǒng)的部件，因為生產(chǎn)一個完整的組件只需要較少的操作。這些應用大概可以分成幾類：塑料、金屬加工、電氣和電子，以及裝配。

車輛上有大量的塑料工件，包括內(nèi)飾件(如儀表盤)和外飾件(如保險杠門把手和擾流板等)。在這些工件的生產(chǎn)過程中，機器人被用于注塑機下料、清理、水切割、裝配(包括粘接和焊接)和噴涂。金屬加工應用包括生產(chǎn)車身的子部件，以及其他一些大型工件，如排氣系統(tǒng)等。在車身子部件方面，如懸掛系統(tǒng)，機器人應用包括壓機上下料，以及點焊和弧焊?；『甘菣C器人在排氣系統(tǒng)制造中的主要應用領域，用于組裝排氣系統(tǒng)的各個工件，如排氣管、法蘭、安裝支架、消音器和催化轉化器。需要指出的是汽車零部件的弧焊作業(yè)主要是在零部件供應商處完成而不是在總裝廠。許多機械工件裝配在一起才能變成汽車的動力部件。這些機器人應用包括機床上下料、磨削、去毛刺和其他金屬拋光應用。類似地，車燈、空調(diào)單元、電子和其他車內(nèi)子部件由多種機器人來完成裝配和測試。

三、其他領域

近些年，電氣和電子行業(yè)見證了機器人使用量的大幅增長。許多專用機器被使用，例如用于制作印刷電路板的機器。然而，機器人被用于印刷電路板的上下料、測試、裝配更大組件，以及許多其他應用領域。電子行業(yè)機器人快速增長的主要動力是消費電子產(chǎn)品的產(chǎn)量增加，比如手機和平板電腦等。電子行業(yè)的機器人主要應用在亞洲。

食品工業(yè)一直被認為是機器人應用的一個主要潛在增長點，主要是因為這個行業(yè)包括了大量的手工操作。然后，這個行業(yè)還沒有大量使用機器人，我們?nèi)悦媾R著許多挑戰(zhàn)。首先，這個行業(yè)的人工費用低于其他行業(yè)(比如汽車行業(yè))，使得自動化的經(jīng)濟性不高。其次，產(chǎn)品往往是有機物，難以操作。除此之外，產(chǎn)品在尺寸和外形上也不均勻。還有衛(wèi)生管理規(guī)定，特別是那些操作裸露食物的規(guī)定，也對自動化設備提出了特殊要求，比如沖洗，會增加設備成本。最終的目的是建立一個全自動化的食品工廠，能提供更好的衛(wèi)生條件，因為這樣可去除最大的污染源——操作人員。